地球的转动

第四讲 地球的转动

↓1.通常的下落究竟是怎么回事？为什么地球不往下掉？

↓2.天空似乎在转动、车辆行驶使我们产生幻觉。

↓3.每十二个小时我们就会颠倒一次、为什么我们不会往下掉？

↓4.地球的速度和炮弹的速度、飞虫翅膀的拍击、地球不动所引发的奇怪结果、永恒的经济节省原理。

↓5.摆、摆动线的不变性。

↓6.车轮、用来证明地球是转动的。

↓7.用信风来证明地球是转动的。

↓8.地球转动的景象。

↓1.地球孤零零地在广袤的宇宙中遨游，没有任何支撑。那它为什么不会掉下去呢？地球是那么的重呀！我们首先来解决这个问题。你们能在自己的头顶上方看到什么呢？一片的空旷、空间、天宇。在大地的另一端，在地球的对面，在与我们的脚相反的另一侧，你们能看到什么呢？还是一片宇宙与天空。在我们的左边和右边又能看到什么呢？天空，永远都是天空。无限的空间，或者像我们所说的天宇，在地球的周围向着四面八方延伸出去。

这样看来，地球会向空间的哪一个方向掉下去呢？只要告诉我哪边是地球的下边、哪一边是它的上边就行了。如果天空是在上边的，但若想想我们就会知道在地球的另一端也是天空，它与我们在这边所看到的是一模一样的。不仅如此，就是在地球上的任何一个地方，这种情况都是相同的。如果地球并不向着我们头顶的天空飞去——这一点对于你们来讲是很容易理解的，那么它为什么要向着另一边的天空飞去呢？向着天空的另一端落下去，这就好像一个气球离开地面升起来一样。你们以前从来都不会问，为什么地球不会向天空的方向升去。那么你们也不要问为什么它不会落下来，因为这两个问题是一样的。落下去也就是靠近那个产生引力而使其下落的物体。如果在地球的外面什么都没有，没有任何引力施加于我们地球，那么，地球的下落不管是向着哪个方向，都是不可能的。因此，地球就会永恒地处于大自然将其安置的那个空间位置中。或者说，一旦地球被大自然置于宇宙中，它就会沿着一条直线无止境地穿梭于宇宙中。但是如果在天空中有个天体，它具有足够大的引力能够控制地球，在这种情况下，那么我就会立即承认，地球会向着这颗主宰它的天体移动。但事实上，地球的下落是并不像我们所认为那样的。它向着太阳落去，太阳巨大的质量不断地吸引它，不断将它拉向自身。由于地球转动产生离心力而抵消了太阳对地球的万有引力，这暂且不论。我们在后面还会讲到这个重要的问题。

↓2.在我们看来，天空就像一个巨大的空心球，而我们呢，则处于这个球的中心。天空就像一个镶着密密麻麻星星的穹顶一样。在24个小时中，似乎天空这个球体携着它的群星速度均匀地绕着地球转了一圈。但通过望远镜观察，我们知道，天空像个球体，这是我们所看到的幻觉。我们知道，天空向着我们的四面八方延伸出去，我们根本就看不到它的边界；我们还认识到，太阳并不是一个发光的小盘子，而是一个比地球还要大得多的球体。星星从表面上看只是微微发光的物体，实际上它们的亮度与体积都可以和那些巨大的天体相媲美。天文望远镜告诉我们，那些星体与地球的距离并不相等，有些离我们近，有些离我们远。但是它离我们的距离要比我们肉眼所看到的还要遥远得多。这时，我们在脑海中就会产生疑问，到底是这个巨大的苍穹带着无数的星体围绕着地球从东往西旋转呢？还是地球自身在沿着相反的方向由西向东旋转呢？如果实际上地球是从西往东旋转，那么天空看起来就是跟平时所看到的一样——我们所看到的星体就会总是从东边升起，从西边落下。但是因为我们没办法察觉到自己的运动，故而我们就会以为自己是不动的。

在坐火车时，我们每个人都会注意到：铁路两旁的树、杆子、篱笆、房子，它们都仿佛能动起来，并且向着与我们前进相反的方向跑去。如果我们认为自己是静止不动的，那么我们就会推断出是外面的那些物体在向后狂奔。如果不是感觉到火车的颠簸，那么这种感觉就会更加彻底，我们就会认为田野在疯狂地奔跑。在行驶的马车上，或是在行驶的船上，我们都会有相同的感受。因此，每当我们被一种平稳的运动带着向前行进时，我们就会感觉不到自己在动；尽管周边的物体是静止不动的，却仿佛在向着我们相反的方向移动。

↓3.如果地球自身是从西往东旋转，我们就不会察觉到这种运动。因为这种运动不会产生颠簸，也没有其他特点。这样，我们就会认为我们自己是不动的，相反，我们却会认为其他各种天体在运动，也就是说在与我们相反的方向即自东而西地旋转。天空及其星体围绕地球的旋转，只是我们的一种幻觉。这就像我们刚才所说的，田野里的树会沿着我们列车相反的方向往后奔跑一样，也是一个幻觉。

到底是天空在转动，还是地球在转动呢？如果是地球在转的话，那么你们就必然会遭遇到以下的困难：地球在空间中运转，每二十四小时转上一圈；而每过了十二个小时，我们就会被地球带着转了半圈，而我们在地球上的位置就会处于与十二小时前相反的位置上。起初，我们的头在上面，而脚在下面；但过了十二小时之后，我们就会颠倒过来，这时，我们的头会在下面，而脚在上面了。现在这个时候，我们是直立的话，那么十二个小时之后我们就会倒立过来了。那样一种倒立姿势是令人非常不舒服的，但为什么我们感觉不到呢？为什么我们不会被甩出去呢？这就像掉进深渊之中，为了不掉下去，我们应该拼命地抓住两边的可以支撑的东西一样。可是我们都没有。你们的观察是准确的，确实，每过十二小时，我们的位置就会和起初的位置颠倒一次，我们的头的位置就会转到脚的位置上。虽然我们颠倒了，但我们不会有任何落下去的危险，也不会产生任何不适。这是因为，我们的脚一直是处于下面的，也就是说站立在地上；而我们的头一直是向着天空的方向的。因为天空无所不在地包围着我们的地球，一旦我们认识到，在空间中到处都是一样的，那么到底是上面还是下面，那就没有任何意义了。所谓的上面还是下面，都是相对于地球而言的。下面指的就是地的方向，而上面指的就是围绕着我们的空间。虽然地球一直都在运转，但是由于地球的引力，我们一直都是脚向着地面、头向着天空的；我们一直都是站立着的，不可能向着没有任何引力的地方落下去。每过十二小时，我们跟着整个地球就会颠倒一次，但这并不会产生任何的不适和困扰。

↓4.由以上这些叙述，我们已经明白，旋转的地球不会让我们因为觉得自已会被甩出去而产生恐惧。但是另一个更严重的问题产生了。我们如何去相信，地球这样一个庞大的物体能够按部就班地绕着一个想象的轴运转呢？要使得这样一个巨大的球形机器运转起来，那得耗费多大的力啊？而且它的速度又该是多大啊？如果每过二十四小时，地球就会完成一次旋转，那么那些位于它表面中部的点，即处于它旋转轴大圆上的那些点，与此同时也会转动了4000千米，也即每秒转动了462米。这接近于炮弹刚脱离炮口所具有的速度。高山、平原、大海也都是以每秒钟大约0.1古里即400米的惊人速度做着圆周运动。我们实在不敢相信，具有这么大重量的物体能作这样惊人速度的运动。是的，我认为，我们共同努力并运用所有的机械手段来使地球动起来，这就像一只飞虫拍打翅膀推动大山一样，都是无效的。为了让这样一个庞然大物快速地运动起来，并且带动各大洲以炮弹一样的速度运动，这需要一种我们无法想象的推动力。但如果假设地球是静止的话，那么你会看到很多意想不到的后果。如果地球不动，那么所有的星体就会在每二十四小时转一圈，而太阳是一个比地球大140万倍的球体——这是我们在下一讲中会讲到的。假如你认为地球是不动的，那么仅仅是因为它太大了吗？就算地球是不动的话，那么太阳一定是动的吧？在太阳面前，地球只不过是一个小小的泥团而已。而且太阳的运转速度还要更快，因为它在单位时间内所要走过的路程还要更远。为了在24小时内转动一圈，太阳在每秒走过的距离是9200千米。这还不算什么，很多星体与太阳的大小都差不多，离我们最近的星体如果要围绕地球运转，那么它在每秒内所运行的路程则不少于20.8亿千米。另外那些离我们百倍、千倍远的星体，它们每秒内所经过的距离也将会是百倍、千倍。这是因为，如果地球静止不动这一点成立，那么就必须这样，就得有无数的比地球还要大还要重的天体，以一种每秒超过400米的距离，甚至是每秒几千千米、几万千米，直至每秒几十亿千米的速度来旋转。这样的运转机理是不符合理性的，它跟上面我们所提到过的经济节省原理“一个就够的话，绝不用第二个”相违背。因此，一劳永逸的解决办法就是地球围绕着它的轴转动，而不是星体围绕着地球转动。

↓5.尽管地球运转的速度是这样的快，但是它的运转却非常平稳，以致我们通常会感觉不到这种运动，甚至从来都没想到过。我们跟我们周围的物体一起被带着运动，我们发现自己跟这些物体之间的距离是不变的。就是这种相对位置的恒定性造成了一种我们似乎静止不动的印象。借助于一些巧妙的办法，我们就可以得到确认，地球是在我们的脚下并且带着我们转动。我们可以通过实验来证明这一点。下面让我们来做一个最简单的实验。

我们在一根细绳的一端，系上一个铅球。将绳子的另一端固定在一个地方，比如说A处，如图22所示。那么小球在摆动了几下之后就会处于静止状态。你们也会知道，绳子在最后会处于垂直的方向，即AB的方向。现在我们将小球拉至C处，然后放手。如果绳子没有系着小球的话，那么小球就会沿着直线方向下落；但是由于小球是被系在绳子上的，因此它就没有这样向地下落。小球受到地球引力的牵引，以悬挂它的点A为圆心，沿着圆上的弧CD滑落。当它到达点B的时候，它还要顺着这条弧继续向前到达点D。到了点D之后，它会重新折返，沿着弧CD滑落到点C的位置。而最后它又回到点D的位置。如此这般，经过一段很长的时间，直到空气阻力让它停止运动。假如细绳在点A处悬挂得很好的话，那么小球会来回运动至很长一段时间才静止不动。小球每次来回的这种运动，即从C到D、又从D到C的一次来回的周期运动，我们称之为摆动。同样，细绳以及拴在细绳上的小球，我们称之为摆。摆的摆动是由使物体下落的地球引力而产生的。小球的摆动区间是由悬挂的细绳所决定的。在小球的来回运动中，它沿着想象的圆弧CD而滑动，要么从左到右，要么从右到左，路线从来不会改变。在摆动过程中，小球的速度可能会慢下来，可能只经过圆弧CD的一部分，但它的路径从来不会改变。如果没有外在的力量来改变小球，那么小球就会沿着同一条圆弧来回摆动，并且这种摆动会一直长年累月地继续下去，而不会作任何改变。总而言之，摆动的圆弧这条路线会一直保持不变。因为在这样的一个装置中，没有任何力量能够使小球偏离原来的路线，它不会往这边偏一点点，也不会往那边偏一点点。

图22

↓6.如图23所示，我们在地面上放了一个车轮。在它的上方正对着轴的地方放了一个摆动着的摆。我们观察到，摆经过的弧线BC与轮上的点H与K相对应。如果车轮是静止不动的，而摆经过的弧线BC其路径不会改变。那么，摆在它的两个端点B与C，总是跟车轮上的点H与K相对应。这一点是显而易见的。但如果车轮是转动着的，那么点H与K的位置就会移动，车轮上跟B与C相对应的点也就会不断变动。如果车轮的运动通过某种方式被掩盖了，甚至我们都没察觉到这种运动，那么会发生什么呢？这种情形就仿佛我们坐在一辆向前行驶的车上，看到田野中的树都向着相反方向移动一样，我们也会产生类似的幻觉。由于摆的摆动经过的弧线是不动的，它一直不停地与车轮上的点相对应；而我们以为车轮是静止不动的，但实际上它是不停地在运动着的。这样一来，摆动所经过的弧线就会不停地对应着车轮上的不同点，由于我们以为车轮是静止不动的，因此我们就会认为是摆动弧线在转动了。如果车轮是从右向左转动的，那么在我们看来，摆的弧线就仿佛是从左向右转动了。

图23

现在请你们想象一下，假如在大厅的天花板上挂着一个很长的摆，摆绳上系着的不是小球而是一个沉重的大铁球。那么它摆动的时候，速度会特别缓慢。在某一时刻，大铁球与大厅的某一点相对应；过一会，它会与偏西一点的位置相对应；再过一会，它会与更偏西一点的位置相对应。也就是说，摆的弧线是慢慢地从东向西在变动着。那么，摆的路线会改变吗？不会的，你们知道它是不会改变的。因此，这一定是大厅的天花板在运动，一定是大地自身在运动，一定是地球在从西往东地自转运动着。

↓7.关于地球是转动的这个问题，我们还有另一个更强有力的证据，即信风。我们把赤道附近常年从东向西吹的风称为信风。第一批冒险穿越大西洋的那些航海者，即哥伦布船队，他们惊恐地看到，赤道上空这种方向永远不变的风吹着云总是向一个方向飘去。他们面对这无情的永不停息的东风，因为一无所知而惊骇万分，不停地问自己问别人是否还能回到故乡。那么如果地球是转动的，它就可以很好地解释这种信风的独特恒常性，也就是总是由东向西吹的原因了。

赤道附近是地球上最热的地区。从赤道向地球两极走去，温度会逐渐下降。赤道附近的热空气是比较轻的，它们会上升到高空；而那些从北边和南边吹过来的更重的冷空气，就会填上那些热空气上升后所空出来的地方。如果地球是不动的，那么产生的后果就是，在北半球会有风一直从北往南吹向赤道，而在南半球会有风一直从南往北吹向赤道，这与事实显然是不符的，但是由于地球是从西向东转动的，因此这些不断吹着的风的风向就会改变。实际上，大量吹向赤道的冷空气，会随着地球和大气的自转而在地球自转方向上具有一定的速度。但这种速度并不是在每个地域都相同的，这是因为，从地球的一端至另一端，围绕着地轴中心线的地表圆圈，并不是同样大小的。在赤道上的地表圆圈最大，向着两极逐渐减小；到了两极，这个圆圈就几乎变成零了，圆圈上的点随地球自转而具有的速度也会随圆圈的减小而减小。因此，在寒冷区域的空气，一开始会受地球转动的影响而具有一定的速度；而在离赤道越来越近的地方，空气的速度就跟不上地球自转的速度了。它会比地球的自转速度慢一点。而当地球由西向东转动时，会遇到这些比它慢的空气。于是就会产生这样的后果：仿佛这些空气在不动的地球上由东向西地移动。信风是这样产生的：两个半球的空气受到热气流影响而向着赤道方向流动，但它们的速度跟不上赤道附近的地球自转速度；因此当这些空气在赤道附近时就会产生一股强大的逆流，这样就造成了信风持续不断地往西吹的现象。

↓8.每隔二十四个小时，地球就会自转上一圈。由于地球自转的影响，我们此刻在空间中所占的位置，再过一会儿就会被别人所占据。大海、远处的地方、被雪覆盖的大山，就会占据我们所在的位置；而到明天，我们就会又回到原处。你们现在读着这几行字的地方，不一会儿就会被大海占据；而你们游戏的吵闹声，一会儿就会被大西洋的巨大涛声所淹没。不到一个小时，海水就会出现在法国了。我想想，再过一会儿，在大西洋上的一些大军舰就会载着很多大炮，顺风扬帆航行到我们这里了。大海过去后，现在来到这里的是北美洲，有加拿大的大片湖泊，还有一望无际的草原，在草原上，印第安人追逐着野牛。过一会儿，比大西洋还要广阔的太平洋来到这儿了，它要经过七个小时才能过去。在太平洋的一些岛上，渔夫们穿着毛皮大衣在晒鲱鱼，这些是什么岛呢？它们是位于堪察加半岛南部的库页群岛。它们很快就会转过去，快到甚至我们都没时间看它们一眼。现在到来的是黄皮肤的中国人和蒙古人，在这里我们可以看到许多新奇的事物。但是地球是一直在转动的，所以中国很快就会远离这里。一会儿到来的是中亚，在这里有堆满沙子的高原，有比云还要高的山峰。下面到来的是鞑靼人的牧场，牧场上有着成群的马匹。然后是里海的大草原，长着塌鼻子的哥萨克人生活在这里。接着是南俄罗斯、奥地利、德国、瑞士，最后是法国。——地球就这样转了一圈。你们不要以为，地球以炮弹的速度循序向前转动这一令人惊叹的情景，是我们可以通过肉眼看到的。这一景观，只有用思想的眼睛才能看到。你们以为乘坐热气球或飞艇升到空中，那样就可以看到地球带着它的各大洲各大洋在自转了吧？太天真了，事实绝不是这样的，这是因为大气层也会随着地球一起转动，由此会带动气球或飞艇一起转动，而不是停留在一个位置。这样，观察者就不能看到地球上各个不同的地区循序转动了。